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JP2016008941A - 欠陥観察方法及びその装置並びに欠陥検出装置 - Google Patents

欠陥観察方法及びその装置並びに欠陥検出装置 Download PDF

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祐子 大谷
雄太 浦野
Yuta Urano
雄太 浦野
本田　敏文
Toshifumi Honda
敏文 本田
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Abstract

【課題】半導体デバイスの製造工程において半導体ウェハ上に発生した欠陥等を高速かつ高分解能に検出できるようにする。【解決手段】他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて欠陥を光学的に検出し、この検出した欠陥の位置情報を修正し、この修正した位置情報を用いて欠陥を走査型電子顕微鏡で観察する欠陥観察方法において、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて欠陥を光学的に検出することが、欠陥を含む試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させる共に一方向とは異なる方向に順次微動させて試料の表面に照射することにより試料を２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明し、この２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明された他の検査装置で検出した欠陥を含む試料の表面を撮像し、試料の表面を撮像して得た画像から他の検査装置で検出した欠陥を検出するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程において半導体ウェハ上に発生した欠陥等を高速かつ高分解能に観察する欠陥観察方法及びその装置並びに欠陥検出装置に関するものである。
半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物又はショートや断線などのパターン欠陥（以下、欠陥と記述するが異物やパターン欠陥を含むものとする）が存在すると、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、ウェハ上に形成する回路パターンの微細化に伴い、より微細な欠陥がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊原因にもなる。これらの欠陥は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置の内部で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど、種々の原因により種々の状態で混入される。このため、製造工程中で発生した欠陥を検出し、欠陥の発生源をいち早く突き止め、不良の作り込みを食い止めることが半導体デバイスを量産する上で重要になる。
従来、欠陥の発生原因を追究する方法には、まず、欠陥検査装置で欠陥位置を特定し、
ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等で該欠陥を詳細に観察及
び分類し、データベースと比較して欠陥の発生原因を推定する方法があった。
ＳＥＭで欠陥を詳細に観察する装置は、例えば特許文献１に記載されているように、他の欠陥検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いてＳＥＭ式の欠陥観察装置に装着された光学顕微鏡で試料上の位置を検出して他の検査装置で検出して得た欠陥の位置情報を修正した上でＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を詳細に観察（レビュー）する。
半導体デバイスの高集積化に伴ってウェハ上に形成されるパターンはより微細化し、半導体デバイスにとって致命的となる欠陥のサイズも微細化・微小化している。欠陥検査装置で検出したこのような微細化・微小化した欠陥を、ＳＥＭ式の欠陥観察装置でスループットを下げることなく詳細に観察（レビュー）できるようにすることが求められる。これを実現するためには、他の欠陥検査装置で検出して得た欠陥をＳＥＭ式の欠陥観察装置に装着された光学顕微鏡で高速で高精度に検出して、他の欠陥検査装置で検出した位置情報を修正することが必要になる。
このような微細化・微小化した欠陥を高精度に検出するための技術として、例えば特許文献２には、定在エバネッセント光を照明光に用いることで界面近傍における横分解能を向上させ、かつ、定在照明光により、光学式のスループットを持ち合わせたまま従来の光学式よりも高い解像力の暗視野式顕微方法が記載されている。
特開２０１１−１０６９７４号公報 特開２００７−２２５５６３号公報
特許文献１には、他の検査装置で検出して得た欠陥をＳＥＭ式の欠陥検査装置に装着された光学顕微鏡で検出して、欠陥の位置情報を修正した上でＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を詳細に観察（レビュー）することが記載されているが、光学顕微鏡を、より微細化・微小化した欠陥を高速で高精度に検出するのに適した構成とすることについては触れられていない。
一方、特許文献２には、２光線を試料上に対向して照射し干渉により生じる定在波パターンを照明として用い、該定在波パターンにより試料から発生する光をセンサで捕捉し、センサは捕捉した光を電気信号に変換し、変換された電気信号を用い試料を観察する顕微システムにおいて、２光線間の相対的な光路長を変化させることで定在波パターンを変調させ、異なる照明状態毎に試料から発生した光に起因するセンサ信号を取得し、取得した複数の信号を用い高分解能信号を生成することを特徴とする顕微システムが記載されている。
従来、前記特許文献２に記載されているような顕微システムでは、２次元高分解能画像を合成するために、少なくとも平行ではない２方向（以下、Ｘ方向、Ｙ方向と称す）それぞれに周期的な強度変化を持つ定在波パターンで照明し、それぞれの定在波パターンはそれぞれの周期的な強度変化を持つ方向に対し平行に照明強度分布をシフトさせる必要がある。この時、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに定在波パターンを生成する光学系、及び定在波パターンを変調する機構が必要になる。もしくは、試料または照明の入射方向を回転させる機構が必要になる。
しかしながら、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに干渉光学系、定在波パターン変調機構を持つためには、装置が大型化、高コスト化する。さらに、撮像時間以外に照明の方向の切り替え時間が必要となる。同様に、試料または照明の入射方向を回転させる場合、装置が大型化、高コスト化し，また、回転に要する時間が必要となる。
そこで、本発明は、試料に対する照明の相対的な入射方位角を変化させることなく、２次元方向に欠陥検出の分解能を上げ、欠陥検出スループットを上げることができる欠陥観察装置及びその方法並びに欠陥検出装置を提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて欠陥を光学的に検出し、この検出した欠陥の位置情報を修正し、この修正した位置情報を用いて欠陥を走査型電子顕微鏡で観察する欠陥観察方法において、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて欠陥を光学的に検出することが、欠陥を含む試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させる共に一方向とは異なる方向に順次微動させて試料の表面に照射することにより試料を２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明し、この２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明された他の検査装置で検出した欠陥を含む試料の表面を撮像し、試料の表面を撮像して得た画像から他の検査装置で検出した欠陥を検出するようにした。
また、上記課題を解決するために、本発明では、欠陥観察装置を、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて欠陥を光学的に検出する光学顕微鏡部と、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を光学顕微鏡部で検出した欠陥の位置情報を用いて修正して記憶する記憶部と、この記憶部に修正して記憶した位置情報を用いて欠陥を観察する走査型電子顕微鏡とを備え、光学顕微鏡部は、欠陥を含む試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させて照明する照明部と、複数の照明光を一方向とは異なる方向に順次微動させる空間変調部と、照明部と空間変調部とにより２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンが照明された欠陥を含む試料の表面を撮像する撮像部と、この撮像部で撮像して得た試料の表面の画像を処理して他の検査装置で検出した欠陥を検出する欠陥検出部とを備えて構成した。
また、上記課題を解決するために、本発明では、試料上の欠陥を光学的に検出する欠陥検出装置を、複数の照明光を一方向に位相変調させて試料の表面に照明する照明部と、複数の照明光を一方向とは異なる方向に順次微動させる空間変調部と、照明部と空間変調部とにより２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンが照明された欠陥を含む試料の表面を撮像する撮像部と、この撮像部で撮像して得た試料の表面の画像を処理して試料表面の欠陥を検出する欠陥検出部とを備えて構成した。
本発明によれば、光を用いた欠陥検出の２次元方向の分解能とスループットを上げることができ、ＳＥＭを用いた欠陥の詳細観察のスループットと分解能を上げることができる。
本発明の実施例１における欠陥観察装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１における欠陥観察装置の光学顕微鏡部の概略の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１における光学顕微鏡部の暗視野照明光学系部の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１における暗視野照明光学系部の照明系の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１における光学顕微鏡部の暗視野照明による試料表面での照明強度分布を示す試料の平面図である。 本発明の実施例１における欠陥観察装置による欠陥観察の処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施例１における欠陥観察装置の光学顕微鏡を用いた欠陥検出の処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施例２における欠陥観察装置の光学顕微鏡を用いた欠陥検出の処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施例３における光学顕微鏡部の暗視野照明による試料表面での照明強度分布を示す試料の平面図である。 本発明の実施例３における光学顕微鏡部の暗視野照明光学系部の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１及び３における光学顕微鏡部の検出器の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４における光学顕微鏡部の暗視野照明による試料表面での照明強度分布を示す試料の平面図である。 本発明の実施例４における欠陥観察装置の光学顕微鏡を用いた欠陥検出の処理の流れを示すフロー図である。
以下に、図を用いて本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の実施例１における欠陥観察装置の構成を示す図である。欠陥観察装置１０００は、レビュー装置１００と、ネットワーク１２１と、データベース１２２と、ユーザインターフェース１２３と、記憶装置１２４と、制御システム部１２５で概略構成されている。また、欠陥観察装置１０００は、ネットワーク１２１を介して、他の検査装置である欠陥検査装置１０７とつながっている。
欠陥検査装置１０７は、試料１０１上に存在する欠陥を検出し、欠陥の位置座標やサイズなどの欠陥情報を取得する。欠陥検査装置１０７は、試料１０１上の欠陥に関する情報が取得できるものであればよい。
欠陥検査装置１０７で取得された欠陥情報は、ネットワーク１２１を介して、記憶装置１２４または制御システム部１２５に入力される。記憶装置１２４は、ネットワーク１２１を介して入力された欠陥検査装置１０７で取得された欠陥情報を格納する。制御システム部１２５では、欠陥検査装置１０７から入力した欠陥情報、或いは、記憶装置１２４に格納された欠陥情報を読み込み、読み込んだ欠陥情報に基づいてレビュー装置１００を制御する。そして、欠陥検査装置１０７で検出された欠陥のいくつか或いはすべての欠陥を詳細に観察し、欠陥の分類、発生原因の分析等を行う。
次に、図１に示すレビュー装置１００の構成について説明する。
レビュー装置１００は、試料ホルダ１０２及びステージ１０３を備える駆動部と、光学式高さ検出器１０４と、光学顕微鏡部１０５と真空槽１１２と、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）１０６（電子顕微鏡部）と、レーザ変位計（図示せず）を有して構成される。試料１０１は、移動可能なステージ１０３に設置された試料ホルダ１０２上に載置される。ステージ１０３は、試料ホルダ１０２上に載置された試料１０１を、光学顕微鏡１０５とＳＥＭ１０６との間を移動させる。ステージ１０３の移動により、試料１０１に存在する観察対象欠陥は、ＳＥＭ１０６の視野内、或いは光学顕微鏡１０５の視野内に位置させることができる。
制御システム部１２５は、ステージ１０３、光学式高さ検出器１０４、光学顕微鏡部１０５、ＳＥＭ１０６、ユーザインターフェース１２３、データベース１２２、記憶装置１２４と接続されており、ステージ１０３の移動、光学顕微鏡部１０５の照明状態の変調と画像の取得、電子顕微鏡部１０６による画像の取得、光学式高さ検出器１０４を有する計測部での計測等、各構成の動作及び入力を制御する。また、制御システム１２５は、ネットワーク１２１を介して上位のシステム（例えば欠陥検査装置１０７）と接続されている。
光学顕微鏡１０５は、図２に示すように、暗視野照明光学系２０１と明視野照明光学系２１１を備えた光照射系２２０と、検出光学系２１０による光検出系を有する。光学顕微鏡１０５の一部（例えば、対物レンズ２０２等：図２参照）は、真空槽１１２内部に配置され、真空槽１１２に設けられた光を透過する真空封止窓１１１、１１３を介して、光を検出器２０７へ導く。
制御システム１２５は、欠陥検査装置１０７が出力した欠陥情報、或いは、記憶装置１２４に格納された欠陥情報を読み込み、読み込んだ欠陥情報に基づき光学顕微鏡１０５を制御して得た画像情報を用いて欠陥を再検出し、該検出した欠陥の位置情報を出力する。
また、制御システム１２５は、欠陥検査装置１０７が出力した欠陥情報と、光学顕微鏡１０５を用いて検出した欠陥情報に基づいて、欠陥検査装置１０７とレビュー装置１００間の欠陥座標ずれを導出し、欠陥検査装置１０７から出力されて記憶装置１２４に格納された欠陥の位置情報を補正する。
ＳＥＭ１０６は、電子線源１５１、引き出し電極１５２、偏向電極１５３、対物レンズ電極１５４を備える電子線照射系と、２次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６を備える電子検出系を有する。
ＳＥＭ１０６の電子線源１５１から1次電子が放出され、放射された1次電子は、引出電極１５２によってビーム状に引き出して加速される。そして、偏向電極１５３によって、加速された1次電子ビームの軌道はＸ方向及びＹ方向に制御され、対物レンズ電極１５４によって、軌道を制御された1次電子ビームは試料１０１の表面に収束し照射され走査される。
1次電子ビームが照射して走査された試料１０１の表面からは、２次電子や反射電子等が発生する。２次電子検出器１５５は、発生した２次電子を検出し、反射電子検出器１５６は、反射電子などの比較的高エネルギの電子を検出する。ＳＥＭ１０６の光軸上に配置されたシャッター（図示せず）は、電子線源１５１から照射された電子線の試料１０１上への照射開始・停止を選択する。
以上で説明したＳＥＭ１０６の構成は、制御システム部１２５により制御され、電子線フォーカスや観察倍率を変更することができる。ＳＥＭ１０６は、欠陥検査装置１０７が出力した欠陥情報、或いは、光学顕微鏡１０５が出力した欠陥情報、或いは、記憶装置１２４に格納された欠陥情報、或いは、制御システム１２５によって補正された欠陥情報を読み込み、読み込んだ欠陥情報に基づき欠陥を詳細観察する。
光学式高さ検出器１０４は、レビュー装置１００の計測部として観察対象領域表面の変位に準じる値を計測する。ここでいう変位とは、観察対象領域の位置や振動の振幅や周波数、周期などの各種パラメータを含んでいる。具体的には、光学式高さ検出器１０４は、ステージ１０３上に存在する試料１０１の観察対象領域表面の高さ位置、及び、観察対象領域表面に対して垂直方向の振動を計測する。光学式高さ検出器１０４で計測した変位と振動は、信号として制御システム１２５へ出力される。
制御システム部１２５は、欠陥検査装置１０７で得た欠陥情報を元に、光学顕微鏡１０５によって再検出し欠陥検査装置１０７で検出した欠陥の位置情報を、レビュー装置上の位置情報に変換する。すなわち、ＳＥＭ１０６は、制御システム部１２５において、検査装置１０７上の欠陥位置情報から変換したレビュー装置上の欠陥位置情報を用い、制御システム部１２５によってレビュー装置上の位置情報に変換された欠陥を観察する。
図２は、光学顕微鏡１０５の構成例を示す。
光学顕微鏡１０５は、照明系２０１ａ〜２０１ｃを有する暗視野照明光学系２０１と明視野照明光学系２１１を備える光照射系２２０と、検出光学系２１０を有する。図２においては、真空槽１１２および真空封止窓１１１，１１３の表記を省略している。
暗視野照明光学系２０１は、図３Ａに示すように、照明光源２３１、ビームスプリット部２３６ｂ、ミラー２３５ａ、２３５ｃ、照明系２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを備えている。
この暗視野照明光学系２０１の構成において、照明光源２３１から出射した光（レーザ）が、入射光の１/３を反射して２/３を透過する反射板２３６１と、入射光の半分を透過し半分を反射するハーフミラー２３６２とを備えたビームスプリット部２３６ｂに入射して、反射板２３６１で１/３が反射されてミラー２３５ａの方向に進行しミラー２３５ａで反射して照明系２０１ａに入射する。一方、反射板２３６１を透過した光はハーフミラー２３６２に入射し、入射した光の半分はハーフミラー２３６２を透過し、残りの半分がハーフミラー２３６２で反射される。ハーフミラー２３６２を透過した光は照明系２０１ｂに入射する。また、ハーフミラー２３６２で反射した光はミラー２３６ｃで反射されて照明系２０１ｃに入射する。
暗視野照明光学系２０１を図３Ａのように構成したことにより、照明光源２３１から出射した照明光（レーザ）は３分割されて、照明系２０１ａ〜２０１ｃからほぼ同じ強度（光量）の照明光３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃとして試料１０１上の同じ領域に照射される。この時、照明系２０１ａ〜ｃから出射する照明光３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃは、それぞれ、異なる入射面をもつ。入射面とは、試料１０１の表面に垂直かつ、試料１０１に入射する照明光の光軸を含む面である。
上記に説明した構成において、反射板２３６１は入射光の１/３を反射して２/３を透過する構成で説明したが、反射板２３６１は入射光の１/２を反射して１/２を透過するハーフミラーで構成して、照明系２０１ａ〜２０１ｃから試料１０１上の同じ領域に照射される照明光３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃの光量に差をつけるようにしてもよい。
照明系２０１ａ、２０１ｂ及び２０１ｃの構成は基本的に同じであるので、照明系２０１ａの構成を、図３Ｂに示す。
照明系２０１ａは、レンズ系２０１１ａ，長さが異なるガラス板を重ねて形成した平行平板２０１２a,ミラー２０１３a、２０１４a、ピエゾ素子２０１５a、２０１６aを備えている。レンズ系２０１１ａは、ミラー２３６aで反射されて照明系２０１ａに入射した照明光のビーム径と集光ＮＡとを制御する。平行平板２０１２aはピエゾ素子２０１６aで照明光の光路に対して直角な矢印の方向に駆動されて平行平板２０１２aを透過する照明光の光路長を段階的に変化させる。ミラー２０１４aはピエゾ素子２０１５aで矢印の方向に駆動されて所望の周波数で振動し、反射する照明光の光路長を周期的に変化させる。
試料１０１の表面に異なる入射面で照射された複数の照明光（図３Ｂには、照明光３２１ａを示す）は、試料１０１上において互いに干渉し、周期的な強度変化を持つ干渉パターンを生成する。干渉パターンは、試料１０１上の照射領域から散乱光等を発生させる。
明視野照明光学系２１１は、図２に示しように、白色光源２１２、照明レンズ２１３、ハーフミラー２１４、対物レンズ２０２を備えている。
この明視野照明光学系２１１において、白色光源２１２から出射した白色照明光は、照明レンズ２１３によって平行光に変換される。そして、この平行光は、ハーフミラー２１４によって、入射した光の半分が検出光学系２１０の光軸に平行な方向へ折り返され、対物レンズ２０２によって、観察対象領域上に集光して照射される。ハーフミラー２１４は、より多くの散乱光を検出器２０７へ透過させることが可能なダイクロイックミラーを用いてもよい。また、より多くの散乱光を検出器２０７に到達させるため、明視野照明系２１１を使用しない場合には、ハーフミラー２１４を光軸３０１上から外せるように可動な構成としてもよい。
検出光学系２１０は、図２に示すように、対物レンズ２０２、レンズ系２０３、２０４、空間分布光学素子２０５、結像レンズ２０６、検出器２０７を備えている。
このような構成の検出光学系２１０において、暗視野照明光学系２０１又は明視野照明光学系２１１の照明により試料１０１上の照明光が照射された領域から発生した散乱光や反射光を対物レンズ２０２によって捕集し、レンズ系２０３、２０４および結像レンズ２０６によって、捕集された光を検出器２０７上に結像する。検出器２０７によって、結像された光は電気信号に変換され、制御システム部１２５へ出力される。制御システム部１２５で処理された信号は、記憶装置１２４に保存される。また、処理結果または保存された処理結果は、ユーザインターフェース１２３によって、表示される。
また、検出光学系２１０の瞳面３０２上もしくは、レンズ系２０３、２０４によって結像された瞳面像３０３上に配置された空間分布光学素子２０５によって、対物レンズ２０２によって捕集された光の中から、検出器２０７で検出する光を選択し、および偏光方向を制御する。加えて、切り替え機構２０８によって、異なる光学特性を有する複数の空間分布光学素子２０５の中から対象欠陥の検出に適した空間分布光学素子２０５を、検出光学系２１０の光軸３０１上に配置する。
空間分布光学素子２０５は、必ずしも光軸３０１上に配置しなくてもよい。その場合、該光学素子２０５と同じ長さ光路長を変化させるダミーの基板を光軸３０１上に配置する。切り替え機構２０８は、該光学素子２０５と前記ダミー基板の切り替えも可能である。例えば、明視野観察をする場合や観察対象に適した光学素子２０５がない場合には、光学素子２０５によって、検出器２０７の取得画像が乱れる恐れがある。そのため、光学素子２０５を使用しない場合は、ダミー基板を光軸３０１上に配置するとよい。光学素子２０５の詳細は、特許文献１に記載されている。
制御システム１２５は、ユーザインターフェース１２３または欠陥検査装置１０７の出力から対象欠陥の検出に適した空間分布光学素子２０５を選択し、空間分布光学素子２０５の切り替えを行う。また、制御システム１２５は、高さ制御機構２０９を制御し、試料１０１上の観察対象領域に検出光学系２１０の焦点位置が合わせる。高さ制御機構２０９としては、リニアステージや超音波モータ、ピエゾステージ等がある。検出器２０７としては、２次元ＣＣＤセンサ、ラインＣＣＤセンサ、複数のＴＤＩを平行に配置したＴＤＩセンサ群、フォトダイオードアレイ等がある。また、検出器２０７は、検出器２０７のセンサ面が、試料１０１の表面もしくは対物レンズの瞳面２０９と共役となるように配置する。
次に、他の検査装置である欠陥検査装置１０７による欠陥の検出から欠陥観察装置１０００による欠陥観察までの流れの概要を説明する。まず、他の検査装置である欠陥検査装置１０７を用いて試料１０１の欠陥を検出し、欠陥情報を記憶装置１２４、或いは制御システム部１２５に出力する。欠陥検査装置１０７が出力する試料１０１の欠陥情報は、欠陥検査装置１０７を用いて検出した欠陥座標、欠陥信号、欠陥形状、欠陥散乱光の偏光、欠陥種、欠陥ラベル、欠陥の特徴量、試料１０１表面の散乱信号等の何れか、もしくはこれらの組み合わせで構成される欠陥検査結果、及び欠陥検査装置１０７の照明入射角、照明波長、照明方位角、照明強度、照明偏光、検出器２０７の方位角・仰角、検出器２０７の検出領域等の何れか、もしくはこれらの組み合わせで構成される欠陥検査条件で、構成される。欠陥検査装置１０７で得られた欠陥情報に複数の検出器の情報が存在する場合は、センサ毎に出力された試料１０１の欠陥情報もしくは、複数のセンサ出力を統合した試料１０１の欠陥情報を用いる。
そして、欠陥検査装置１０７で検出した欠陥の一部もしくは全部をレビュー装置１００で観察する。この際、欠陥検査装置１０７で取得した欠陥情報を基に、光学顕微鏡１０５で欠陥の位置情報を再検出し、レビュー装置１００上の位置情報に変換する。そして、変換された位置情報を用い、ステージ１０３を移動させてＳＥＭ１０６の観察視野内に観察対象欠陥を位置合わせした後、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカスを合焦し、ＳＥＭ１０６で欠陥を観察する。また、必要に応じ、ＳＥＭ１０６により欠陥画像の取得、欠陥分類を適時実施する。なお、必要であれば、ＳＥＭ１０６による観察を行う前に、ＳＥＭ画像を用いた電子線フォーカスの合焦を実施してもよい。この方法を用いれば、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカスにおける合焦の精度を上げることができる。
半導体プロセスの進展に伴う、高集積化のニーズにより、半導体デバイスにとって致命的となる欠陥サイズが微小化している。そのため、レビュー装置１００の観察対象欠陥が微小化し、微小な欠陥を高倍率で観察・撮像することが必要である。また、レビュー装置１００を半導体製造のインライン検査に用いる場合、観察時間の削減はタクトタイム削減となる。また、レビュー装置１００のユーザには、ＳＥＭ観察による高分解能で高倍率な欠陥の観察・撮像を高速化したいというニーズがある。
レビュー装置１００による観察対象欠陥の微小化のため、光学顕微鏡１０５で検出可能な最小欠陥サイズを微小化することが必要となる。このような中、光学顕微鏡１０５では、照明波長の短波長化や空間変調された照明を用いる超解像や検出レンズの高ＮＡ化（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）等が行われている。装置的に照明波長の短波長化には限界がある。さらに、大気中での検出レンズの開口数（ＮＡ）は1.0に近く、また、露光工程で実用化されているＮＡ１．０以上を実現する液浸方法は、半導体検査では使用できない。
そこで、光学顕微鏡の高感度化技術として、超解像技術が注目されている。定在波照明を用いた超解像光学顕微技術が特許文献２に記載されている。この超解像技術は、２光束を試料の表面に照射して試料の表面で干渉させて試料上に周期的な強度分布変化を持つ強度パターンを形成し、２光束間の相対的な光路長を変化させて位相変調することでこの照明強度パターンを空間変調させる。そして、この空間変調させた照明強度パターンにより観察対象領域で発生した光に由来する複数の照明状態の異なる信号を取得する。そして、この取得した信号を用い、この取得した信号よりも高い解像度の画像を生成することができる。
しかし、この超解像技術を用い、２次元方向で高分解能化するためには、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに周期的な強度変化を持つ定在波照明が必要、かつ、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに位相変調させる機構が必要になる。また、Ｘ方向、Ｙ方向で照明の切り替えが必要となる。その結果、光学顕微鏡の照明光学系の大型化及び高コスト化とスループット低下が生じてしまう。また、照明の単位面積当たりの強度を上げ、かつ、背景散乱光などのノイズを低減させることを目的とした細線照明を用いたライン照明スキャン方式の光学顕微鏡には、特許文献２記載の超解像技術を適用できない。もしくは、画像取得時間が非常に長くなるため、使用が難しい。
本実施例では、上記課題を解決するために、ステージ１０３は、試料１０１をＹ方向に微動させ、かつ、暗視野照明光学系２０１は、試料１０１上に形成する照明強度パターンを１次元方向（Ｘ方向）に変調させ、複数の異なる観察対象領域を観察可能な検出器２０７は、この照明強度パターンにより発生した光を捕集し、電気信号に変換する。そして、この電気信号を用い、制御システム１２５は、元の信号に対して２次元方向に空間分解能の高い電気信号、もしくはこの電気信号によって生成された画像を生成する。
すなわち、本実施例は、２次元方向の超解像処理のため、観察対象領域に対する照明強度パターンの相対的な強度分布（以下、相対強度分布）を、２次元方向それぞれにシフトさせ、試料１０１からの信号を取得するものである。具体的には、暗視野照明光学系２０１中のミラー等の光学素子を例えばピエゾ素子で駆動して順次微動させて順次光路長を変化させ、試料１０１上の照明強度パターンを１次元方向（Ｘ方向）にシフトさせる（以下、照明位相シフト）。さらに、ステージ１０３を駆動して試料１０１をＹ方向に順次微動させ、暗視野照明光学系２０１による照明強度パターンがシフトするＸ方向とは異なるＹ方向に順次シフトさせる（以下、サンプルスキャン）。このサンプルスキャンにより、観察対象領域中の任意座標（ｘ、ｙ）の検出器２０７上での結像位置がシフトする。
制御システム１２５は、サンプルスキャンによるシフト量から、超解像処理に使用する信号を選択し、この選択した信号を用い解像計算を行う。また、検出器２０７は、２次元センサ、もしくは、サンプルスキャン方向に直行する方向に配置したラインセンサを、サンプルスキャン方向にそって平行に複数並べて使用してもよい。その場合、サンプルスキャンのシフト量から、ラインセンサ間のピッチと最小のラインセンサ数が決まる。
ラインセンサとしては、ＴＤＩセンサ（Time Delay Integration Sensor：時間遅延積分センサ）やラインＣＣＤ(Charge Coupled Device：電荷結合素子)センサ、１次元フォトダイオードアレイ等を使用するとよい。２次元センサとしては、２次元ＣＣＤや２次元フォトダイオードアレイ等がある。例えば、ラインセンサを用いる場合、それぞれの撮像領域が接している必要はない。
それぞれの撮像領域間の照明分布の初期位相差は、あらかじめ校正用試料を対象に、照明をシフトさせ、それぞれの撮像領域における強度変化を取得し、取得した強度変化から、撮像領域間の初期位相差を導出することができる。これを用い、高分解能画像を取得するのに適した初期位相差となるように、それぞれの撮像領域を設定することができる。
２次元センサを用いる場合、センサは一つでもよい。その場合、撮像時刻の異なる複数（３つ以上）の２次元信号を取得し、そのそれぞれから、サンプル上の同一カ所からの信号を抽出し、抽出した複数の撮像時刻の異なるサンプル上の同一カ所からの信号を用いることで、高分解能信号を取得することができる。
ＴＤＩセンサを用いる場合、複数のＴＤＩセンサをそれぞれ照明強度の位相が異なる視野になるように配置する。その際，空間的にＴＤＩセンサを複数配置することが難しい場合は，図１０に示すように、入射した光の１/３を透過して２/３を反射するビームスプリッタ２０７５とハーフミラー２０７６、ミラー２０７７を組み合わせて光路を３つに分岐することで、複数（図１０の場合は３つ）のＴＤＩセンサ２０７１，２０７２，２０７３を配置することができる。
上記に説明した構成において、ビームスプリッタ２０７５は入射光の１/３を透過して２/３を反射する構成で説明したが、試料１０１に３方向から照射する照明光のそれぞれの光量が同じ場合には、ビームスプリッタ２０７５は入射光の１/２を反射して１/２を透過するハーフミラーで構成してもよい。
また、照明位相シフトとサンプルスキャンを用い、相対強度分布を２次元方向に変化させる場合、照明強度パターンは２次元方向に周期的な強度変化をもつパターン（以下、２次元強度パターン）の必要がある。例えば、入射面の異なる複数の照明の干渉により、２次元強度パターンを生成できる。他の方法として、２次元方向に周期的な構造をもつスリット像を、試料１０１上に投影することにより実現できる。
照明光の干渉による２次元強度パターンは、強度変化周期を小さくでき、より高解像度信号を合成することができる。一方で、スリット像投影による２次元強度パターンは、干渉性のない光や、ブロードバンド光を使用することができ、試料１０１の表面特性や環境変化に強い安定な照明システムを実現する。検査環境に応じて、２次元強度パターンの作り方を選択する必要がある。
これによって、欠陥検出感度の高い構造化照明顕微鏡法(Structured Illumination Microscopy： ＳＩＭ 以下、構造照明と記す)を用いた超解像光学顕微鏡において、照明の位相シフト方向を１次元に削減することで、照明光学系の簡素化による光学顕微鏡の小型化、省コスト化、さらに、欠陥検出時間の短縮が実現できる。その結果、２次元方向に干渉光学系、及び位相シフト機構を持つ超解像光学顕微鏡を搭載したレビュー装置に対し、本実施例は、高感度化、小型化、省コスト化、高スループット化を実現することができる。
図４は、光学顕微鏡１０５の試料１０１の表面での照明強度パターンである。図４を用い、光学顕微鏡１０５の試料１０１の表面でのサンプルスキャンと照明位相シフトについて説明する。図４は、検出器２０７に、複数のＴＤＩセンサを使用する場合を表現しているが、２次元センサでもよい。
暗視野照明光学系２０１内の照明光源から放射された照明光は、暗視野照明光学系２０１によって、３つの光線３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃに分割され、試料１０１上の観察対象領域に異なる入射方位角で入射し、試料１０１上で２次元強度パターン３２８を生じる。この二次元強度パターン３２８は、光線３２１ｂの位相シフトにより、Ｘ方向３３２にシフトされる。サンプルスキャン方向３２７は、Ｘ方向３３２とは異なるＹ方向３３１である。
複数のＴＤＩセンサの試料１０１上の観察領域３２３、３２４、３２５は、サンプルスキャン方向３２７に対し垂直な向きにあり、サンプルスキャン方向３２７に沿って複数並ぶ。サンプルスキャンによって、試料１０１上の任意座標３２６は、ある時間ｔ０においては３２６ａに存在し、ｔ１で３２６ｂ、ｔ２で３２６ｃへ移動する。サンプルスキャンによって、任意座標３２６に対するＹ方向３３１の照明強度が変化する。該強度の異なる照明によって、異なる時間に、任意座標３２６で発生した光を、それぞれのＴＤＩセンサで検出する。これにより、Ｙ方向３３１に相対強度分布を変化させることができる。また、スキャン速度と、ＴＤＩセンサの信号取得タイミングを同期させる必要がある。
サンプルスキャンと照明位相シフトを同時に行ってもよいし、別に行ってもよい。例えば、別に行う場合、サンプルスキャンによりＹ方向３３１に必要な信号数を取得した後、光線３２１ｂの光路長を変化させ、照明位相を１ステップ、シフトする。そして、再度、サンプルスキャンによりＹ方向３３１に必要な信号数を取得する。これを、必要な照明位相シフト回数に達するまで繰り返す。これにより、Ｘ方向３３２とＹ方向３３１に変調された２次元強度パターンによって、試料１０１上で発生した光を検出器２０７で検出できる。他には、照明位相シフトによりＸ方向３３２に必要な信号数を取得した後、サンプルスキャンによりＹ方向３３１に必要な信号数を取得してもよい。
複数の光線の干渉によって生成された２次元照明パターンの照明位相シフト方法を図３Ｂを用いて説明する。図３Ｂは、１つの光線のみ図示している。また、図３Ｂでは、照明光を成形するレンズ系や、フィルタ類は図示を省略した。
図３Ａで説明したように、光源２３１から出射した照明光は、反射板２３６１とハーフミラー２３６２を備えたビームスプリット部２３６ｂにより同じ光量で光路が３つに分岐される。この３つの光路に分岐された照明光は、それぞれ照明系２０１ａ〜２０１ｃに入射して、試料１０１上に照射する。
試料１０１上に照射する光３２１の光路長を変化させる方法として、図３Ｂで説明したように、ミラー２０１４ａ〜２０１４ｃを変位させる方法がある。例えば、照明系２０１ａのミラー２０１４ａをピエゾ素子２０１５ａで矢印の方向に駆動して照明光の波長の数波長分微動させると、照射光３２１の試料１０１表面までの光路長が変化する。
他に、該照射光３２１の光路長を変化させる方法として、照明系２０１ａの光路上に配置された、空気とは異なる屈折率材料のステップ状の平行平板２０１２ａを、ピエゾ素子２０１６ａで矢印の方向に駆動して変位させる方法がある。ステップ状の平行平板２０１２ａにより、光路長を段階的に変化させることができる。
図３Ｂでは、説明のためミラー２０１４ａを変位させるピエゾ素子２０１５ａとステップ状の平行平板２０１２ａを変異させるピエゾ素子２０１６ａとを図示しているが、どちらか一方だけでよい。また、図３Ｂは１つの光線を対象に、照明位相シフト方法を示しているが、分割されたすべての光線に、位相シフト機構が必要なわけではない。例えば、図３Ａに示すような３波干渉の場合、照明系２０１ａの光路上だけに、位相シフト機構があればよい。
スリット像投影によって生成された２次元照明パターンの照明位相シフト方法としては、スリットや、スリット像を投影する投影光学系を構成する光学素子を変位させる方法がある。このような位相シフト機構において、ミラー２０１３ａや平行平板２０１２ａを駆動させる方法としては、ピエゾステージやリニアステージなどがある。
また、印加電圧で屈折率が変化する電気光学結晶を光路上に配置し、この電気光学結晶への印加電圧を制御することで、光３２１ａの光路長を変化させ、２次元照明パターンの照明位相をシフトさせる方法もある。
図５は、第１の実施例における欠陥観察までのフロー図を示す。
まず、外部の検査装置１０７が出力した試料１０１の欠陥情報を読み込み、この欠陥情報に基づき、レビュー装置１００で欠陥観察を行う。この欠陥観察においては、まず、光学顕微鏡１０５の明視野照明光学系２１１で試料１０１を照明して検出光学系２１０による明視野観察もしくは他のアライメント用顕微鏡によって、試料１０１の粗アライメントを行う（Ｓ６００１）。次に、読み込んだ外部の検査装置１０７が出力した試料１０１の欠陥情報に基づいて、観察対象欠陥が光学顕微鏡１０５の視野内に入るようにステージ１０３を移動させ（Ｓ６００２）、高さ制御機構２０９によって、光学顕微鏡１０５の対物レンズ２０２を移動させ、光学顕微鏡１０５の焦点を試料１０１上に合わせる（Ｓ６００３）。
そして、光学顕微鏡１０５で観察対象領域周辺の画像を取得し、取得した画像から観察対象となる欠陥を探索する（Ｓ６００４）。この取得画像によって、観察対象欠陥を検出した場合（Ｓ６００５−ＹＥＳ）、光学顕微鏡１０５による欠陥検出位置と検査装置１０７によって検出された欠陥位置との差を算出する（Ｓ６００６）。
一方、取得画像によって、観察対象欠陥を検出できない場合（Ｓ６００５−ＮＯ）、この欠陥が光学顕微鏡１０５の視野外に存在することが考えられるため、撮像領域の視野周辺部を光学顕微鏡１０５で撮像し、観察対象欠陥を探索してもよい。視野周辺部を撮像する場合（Ｓ６０１２−ＹＥＳ）は、光学顕微鏡１０５の視野に相当する分だけステージ１０３を移動し（Ｓ６０１３）、上述した光学顕微鏡１０５による欠陥検出する手順（Ｓ６００４）へ戻り、処理を進める。
次に、光学顕微鏡１０５で検出すべき欠陥がない場合（Ｓ６００７−ＹＥＳ）、観察対象欠陥の位置をレビュー装置上の位置座標に変換し（Ｓ６００８）、観察対象欠陥がＳＥＭ１０６の視野内に入るようにステージ１０３を移動させ、電子線フォーカスを試料１０１上に合わせた後、ＳＥＭ画像を取得する（Ｓ６００９）。一方、次に検出すべき欠陥がある場合（Ｓ６００７−ＮＯ）、上述したレビュー装置内の光学顕微鏡１０５で欠陥を検出する手順（Ｓ６００２）へ戻り、処理を進める。
次に、ＳＥＭ画像を取得した後、制御システム部１２５は次に観察する欠陥があるかどうか判断し（Ｓ６０１０）、ある場合（Ｓ６０１０−ＹＥＳ）、次に観察する欠陥の補正された位置情報を取得し（Ｓ６０１４）、上述したレビュー装置で欠陥を観察する手順（Ｓ６００９）へ戻り、処理を進める。一方、次に観察する欠陥がない場合（Ｓ６０１０−ＮＯ）、レビュー装置１００による観察を終了する（Ｓ６０１１）。
図５は、観察対象欠陥が複数ある場合、光学顕微鏡１０５を用い観察対象欠陥の座標を全て求めた後、座標導出した欠陥をＳＥＭ１０６で観察するフローを示しているが、１つの観察対象欠陥で光学顕微鏡１０５を用いた座標を導出し、ＳＥＭ１０６を用い観察した後、次の観察対象欠陥の光学顕微鏡での座標導出することを順次繰り返すようにしてもよい。
図６は、第一の実施例におけるレビュー装置１００内の光学顕微鏡１０５による欠陥検出までのフロー図を示す。暗視野照明光学系２０１（図２）の３つの照明系２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃから照射される照明光（レーザ）３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃを試料１０１の観察対象領域に３方向から照射する（Ｓ１００１）。次に、該照明光によって、試料表面で発生した光を検出光学系２１０の検出器２０７によって検出する（Ｓ１００２）。次に、照明位相シフト回数が、あらかじめ設定した照明位相シフト回数Ｎ１回に達するまで（Ｓ１００３−ＮＯ）照明位相をシフトし、観察対象領域上の構造照明を変調し（Ｓ１００４）、変調した照明によって試料から発生した光を、検出器２０７で検出する（Ｓ１００２）。
照明位相シフトをＮ１回行った（Ｓ１００３−ＹＥＳ）後、ステージ１０３を駆動して試料１０１を３２７の方向（Ｙ方向）に微動させてサンプルシフトを１回行い、サンプルと照明の相対位置を変化し（Ｓ１００６）、上述した照明位相をシフトさせながら試料から発生した光を検出器２０７で検出する手順（Ｓ１００２）へ戻り、処理を進める。次に、サンプルシフト回数が、あらかじめ設定したサンプルシフト回数Ｎ２回に達した場合（Ｓ１００７）、信号取得を終了する（Ｓ１００７）。
制御システム１２５は、取得した複数の信号を処理し高分解能信号を合成し、欠陥座標を導出する（Ｓ１００８）。最後に、合成した高分解能信号及び導出した欠陥座標等の信号処理結果を出力する（Ｓ１００９）。
また、Ｓ１００３とＳ１００５、及びＳ１００６とＳ１００４は、逆でもよい。具体的には、サンプルシフトをＮ２回行った後、照明位相シフト１回を行い、これを照明位相シフト回数Ｎ１回に達するまで行う。
高分解能信号を合成するためには、２次元照明パターンによって試料１０１から発生する光を検出する際に、検出光学系２１０のフォーカス位置が試料１０１上に合っている必要がある（図５のＳ６００３）。このフォーカス位置を合わせる方法としては、例えば、試料１０１上の照明分布を用いる方法や、照明光３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃが試料１０１上で反射された反射光の反射位置変化を用いる方法、高さ計測手段１０４で予め測定した結果を用いる方法、又は、図示していないが、干渉型のレーザ変位計など光を用いた方法や、静電容量センサによる高さ測定結果を用いた方法がある。
具体的には、試料１０１上の照明分布を用いる方法は、光学顕微鏡１０５の視野内において、パターン変化がない場合に、照明光の視野内での強度分布を検出器２０７で計測し、この計測した強度分布の空間変化が合焦時の照明分布の空間変化と同じになるようにステージ１０３を動かし、フォーカスを合わせる方法である。
この反射光の反射位置変化を用いる方法は、試料１０１上で反射された光の位置は、試料１０１の高さによって変化することを利用し、反射光の位置をセンサによって測定し、試料１０１の高さを導出する方法である。例えば、光学顕微鏡１０５の視野の高さを測定する高さ計測手段１０４を配置してもよい。または、ＳＥＭ１０６の視野の高さを測定する高さ計測手段１０４を用い、予め試料１０１上の所望座標の高さを測定し、該測定結果を用い光学顕微鏡１０５の焦点合わせをしてもよい。
本実施例によれば、レビュー装置に２次元方向に干渉光学系、及び位相シフト機構を持つ超解像光学顕微鏡を搭載することを可能にし、高感度化、小型化、省コスト化、高スループット化を実現することができる。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例におけるレビュー装置の構成は、実施例１において図１乃至図３Ｂを用いて説明したものと同じであるので、装置の構成についての説明は省略する。本実施例においては、照明位相シフトとサンプルシフトとを同時に実行する点が実施例１の場合と異なる。以下に、実施例１で説明した動作と異なる部分について説明する。
図７は、第二の実施例におけるレビュー装置内の光学顕微鏡による欠陥検出までのフロー図で、実施例１において図６を用いて説明したフロー図に対応する。レビュー装置の構成については、図１乃至図３Ｂを参照して説明する。
まず、暗視野照明光学系２０１の３つの照明系２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃから照射される照明光３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃを試料１０１の観察対象領域に照射する（Ｓ７００１）。次に、該照明位相をシフトし、観察対象領域上の構造照明を変調させながら、かつ、サンプルスキャンを実行する（Ｓ７００２）。この変調された構造照明の照明によって変動する試料１０１上から発生した光（散乱光）を、検出器２０７で検出する（Ｓ７００３）。照明位相シフト回数とサンプルシフト回数が、予め設定されたＮ１回とＮ２回にそれぞれ達するまで（Ｓ７００４−ＮＯ）、照明位相シフト及びサンプルシフトを行い（Ｓ７００２）、該試料１０１上で発生する光を検出する（Ｓ７００３）手順を繰り返す。
必要な信号数を取得した後（Ｓ７００４−ＹＥＳ）、照明位相シフト及びサンプルシフトを終了し（Ｓ７００５）、信号取得を終了し（Ｓ７００６）、以下手順に従い信号処理を行い（Ｓ７００７）、信号処理結果を出力する（Ｓ７００８）。サンプルスキャンは、ステップ状変位又は、スロープ状変位で行う。また、構造照明の照明位相シフトによる強度変調は、サンプルスキャン方向とは異なる方向に行う。
本実施例によれば、照明変調方式の超解像技術のラインスキャン方式への適用を可能にし、照明の強度密度を高くし、欠陥検出感度を向上させることができる。
次に、実施例３として、一次元方向に高分解能信号処理を行う場合について説明する。本実施例において、光学顕微鏡の構成は、実施例１において図２を用いて説明したものと基本的には同じであるので、装置の構成についての説明は省略する。ただし、図３Ａで説明した暗視野照明光学系２０１の構成が、図９に示す暗視野照明光学系２０１´のように、試料１０１の表面に対して対向する２方向から照明するように構成した点、及び検出光学系２１０の検出器２０７が図１０に示すように３つの検出器２０７１，２０７２，２０７３で構成されている点が異なる。
すなわち、本実施例における暗視野照明光学系２０１´は、レーザを発射する光源２３１、ハーフミラー２４１、ミラー２５１，２５２，２６１，２６２，２６３及び照明系２０１ａ、２０１ｂを備えて構成されている。暗視野照明光学系２０１´においては、光源２３１から発射された照明光（レーザ）は、ハーフミラー２４１で光路が２つに分岐され、ハーフミラー２４１で反射された照明光は、ミラー２５１及びミラー２５２で反射されて照明系２０１ａに入射し、照明光３２２ａとして試料１０１表面を矢印の方向から照射する。一方、ハーフミラー２４１を透過した照明光は、ミラー２６１、ミラー２６２及びミラー２６３で反射されて照明系２０１ｂに入射し、照明光３２２ｂとして試料１０１表面を矢印の方向から照射する。
また、結像レンズ２０６を透過した光はビームスプリッタ２０７５で１/３が透過した２/３が反射され、ビームスプリッタ２０７５を透過した光は検出器２０７１で検出される。
一方、ビームスプリッタ２０７５で反射された光はハーフミラー２０７６に入射して入射光量の半分が透過して残りの半分が反射される。ハーフミラー２０７６で反射した光は検出器２０７２で検出される。
さらに、ハーフミラー２０７６を透過した光はミラー２０７７に入射して全反射され、検出器２０７３で検出される。
上記に説明した構成において、ビームスプリッタ２０７５は入射光の１/３を透過して２/３を反射する構成で説明したが、ビームスプリッタ２０７５は入射光の１/２を反射して１/２を透過するハーフミラーで構成してもよい。
本実施例は、例えば、検出光学系の空間分解能が方向により異なる場合に、低分解能側の分解能を向上させる目的で導入する。具体的には、パターン起因回折光や、検出不要な欠陥散乱光等を除去する目的で、光学顕微鏡の検出光学系の瞳面の一部を空間マスク等で遮光することがあるが、その際、瞳面の遮光領域がＸ方向とＹ方向とに偏りがある場合、Ｘ方向，Ｙ方向に分解能差ができる。
図８は、光学顕微鏡の試料表面での照明強度パターンである。図８を用い、試料を移動させる方向３２７とは異なる方向（＝Ｘ方向３３２）の分解能を上げる場合について説明する。図８は、検出器２０７に、複数のＴＤＩセンサを使用する場合を表現しているが２次元センサでもよい。暗視野照明光学系２０１´からの２つの照明光３２２ａと３２２ｂとは、試料１０１上の観察対象領域に対し、お互い対向する入射方位角で入射し、試料１０１上で定在波パターン３２９を生じる。
この定在波パターン３２９は、任意の時間において、試料を移動させる方向３２７（Ｙ方向）に対して周期的な強度変化は持たず、一方、Ｘ方向３３２に対して周期的な強度変化をもつ、定在波パターンである。この定在波パターン３２９によって、試料１０１上の検出器２０７の観察領域３２３、３２４、３２５で発生した光を検出器２０７を構成する３つのＴＤＩセンサ２７０１、２７０２、２７０３で検出し、電気信号に変換される。
検出器２０７を構成する３つのＴＤＩセンサ２７０１、２７０２、２７０３の観察領域３２３、３２４、３２５は、観察対象領域内の異なる領域にそれぞれ視野を持つ。この定在波パターン３２９は、光線３２１ａ又は３２１ｂの位相シフトにより、Ｘ方向３３２にシフトされる。試料を移動させる方向３２７は、Ｘ方向３３２とは異なるＹ方向３３１である。３つのＴＤＩセンサ２７０１、２７０２、２７０３は、それぞれの試料１０１上の観察領域３２３、３２４、３２５が、試料を移動させる方向３２７に対し垂直な向きにあり、試料を移動させる方向３２７に沿うように配置されている。
試料を移動させることによって、試料１０１上の任意座標３２６は、ある時間ｔ０においては３２６ａに存在し、ｔ１で３２６ｂ、ｔ２で３２６ｃへ移動する。照明位相シフトは、試料を移動させると同時に行い、任意座標３２６の位相シフトされた定在波パターン３２９で取得した複数の試料１０１上から発生する光を取得する。具体的には、任意座標３２６が、座標３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃへと移動するのに伴い、照明の位相をシフトさせ、座標３２６ａでの照明強度と、座標３２６ｂでの照明強度、座標３２５ｃでの照明強度を変化させる。
本方式は、試料を移動させる方向３２７に、構造照明の周期的な強度変化が存在しないため、試料を移動させる方向３２７の分解能向上はできないが、観察領域の距離や試料を移動させる速度を変えることで、検出器２０７の蓄積時間を長く設定することができ、高感度化できる。これにより、照明変調方式の超解像技術の試料を連続的に移動させて検査するラインスキャン方式への適用を可能にし、照明の強度密度を高くし、欠陥検出感度を向上させることができる。
第三の実施例におけるレビュー装置内の光学顕微鏡による欠陥検出までのフローは、図７で説明した第二の実施例と同様である。
本発明の第４の実施例を、図１１及び図１２を用いて説明する。本実施例においても、レビュー装置の構成は、実施例１において図１乃至図３Ｂを用いて説明したものと基本的には同じであるので、装置の構成についての説明は省略する。また、暗視野照明光学系の構成が、実施例３において図９に示した暗視野照明光学系２０１´の構成と同じであり、る。
図１１は、光学顕微鏡の試料表面での照明強度パターンである。図１１を用い、本実施例における試料を移動させる方向３２７に分解能を上げる場合の、光学顕微鏡の試料表面での試料を移動させて検察する方法について説明する。なお、図１１は、検出器２０７を図１０で説明したような３つのＴＤＩセンサ２７０１、２７０２、２７０３で構成した場合について説明するが、これを２次元センサ１つに置き換えた構成にしてもよい。
暗視野照明光学系２０１´から出射した照明光３２２ａと３２２ｂとは、試料１０１上の観察対象領域に対し、Ｙ方向においてお互い対向する入射方位角で入射し、試料１０１上で定在波パターン３３０を生じる。この定在波パターン３３０は、図８中の定在波パターン３２９とは異なり、Ｙ方向３３１に周期的な強度変化をもち、Ｘ方向３３２には周期的な構造変化がない定在波パターンである。周期的な強度変化を持つＹ方向３３１へ試料を移動させることによって、試料１０１上の任意座標３２６は、３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃと移動し、各位置で発生した光は、それぞれ検出領域３２３、３２４、３２５をもつ検出器２０７によって検出することで、任意座標３２６に照射する照明の強度を変調させる。
第一の実施例と同様に、例えば、ラインセンサを用いる場合、それぞれの撮像領域が接している必要はない。それぞれの撮像領域間の照明分布の初期位相差は、あらかじめ校正用試料を対象に、照明をシフトさせ、それぞれの撮像領域における強度変化を取得し、取得した強度変化から、撮像領域間の初期位相差を導出することができる。これを用い、高分解能画像を取得するのに適した初期位相差となるように、それぞれの撮像領域を設定することができる。
図１２は、第四の実施例におけるレビュー装置１０００内の光学顕微鏡１０５による欠陥検出までのフロー図を示す。暗視野照明光学系２０１´から照射される照明光を試料１０１の観察対象領域に照射する（Ｓ１２０１）。次に、サンプルシフトを開始し（Ｓ１２０２）、動く試料１０１上から発生した光を、検出器２０７で検出する（Ｓ１２０３）。サンプルシフト回数が、予め設定されたＮ２回に達するまで（Ｓ１２０４−ＮＯ）、サンプルシフトを行い（Ｓ１２０２）、該試料１０１上で発生する光を検出する（１２０３）手順を繰り返す。必要な信号数を取得した後（Ｓ１２０４−ＹＥＳ）、サンプルシフトを終了し（Ｓ１２０５）、信号取得を終了し（Ｓ１２０６）、以下手順に従い処理を行い（Ｓ１２０７），信号処理結果を出力する（Ｓ１２０８）。サンプルスキャンは、ステップ状変位又は、スロープ状変位で行う。
本方式は、サンプルスキャン方向の１次元への高分解能化が可能、かつ、照明の位相シフト機構が不要になり、装置が単純である。
なお、実施例１、２、３、４においては、構造照明として干渉光を用いる構成を記載したが、構造照明として投影したスリット像を用いてもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
１０１・・・試料 １０２・・・試料ホルダ １０３・・・ステージ １０４・・・光学式高さ検出器 １０５・・・光学顕微鏡 １０６…電子顕微鏡 １０７…検査装置 １１１…真空封止窓 １１２…真空槽 １２１・・・ネットワーク １２２・・・ライブラリ １２３・・・ユーザインターフェース １２４・・・記憶装置 １２５・・・制御システム。

Claims (12)

  1. 他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて前記欠陥を光学的に検出し、
    該検出した欠陥の位置情報を修正し、
    該修正した位置情報を用いて前記欠陥を走査型電子顕微鏡で観察する
    欠陥観察方法であって、
    前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて前記欠陥を光学的に検出することが、
    前記欠陥を含む前記試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させる共に前記一方向とは異なる方向に順次微動させて前記試料の表面に照射することにより前記試料を２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明し、
    該２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明された前記他の検査装置で検出した欠陥を含む前記試料の表面を撮像し、
    前記試料の表面を撮像して得た画像から他の検査装置で検出した欠陥を検出する
    ことを特徴とする欠陥観察方法。
  2. 請求項１記載の欠陥観察方法であって、前記２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明することが、前記試料上に周期的な強度分布変化を持つ照明強度パターンを形成し、該照明強度パターンを位相変調させながら前記試料を前記位相変調させる方向とは異なる方向に順次微動させることにより前記試料を２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明することを含むことを特徴とする欠陥観察方法。
  3. 請求項１記載の欠陥観察方法であって、前記試料を２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明することが、前記他の検査装置で検出した欠陥の位置情報を用いて前記欠陥に同じ波長の光を異なる方向から照射して前記欠陥を含む試料の表面に干渉パターンを発生させ、前記異なる方向から照射する同じ波長の光の相対的な位相を周期的に変化させて前記試料の表面に発生させた干渉パターンを１次元方向に周期的にシフトさせ、該干渉パターンを１次元方向に周期的にシフトさせた状態で前記試料を前記１次元とは異なる１次元方向に順次微動させることにより前記試料を２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明することであることを特徴とする欠陥観察方法。
  4. 請求項１記載の欠陥観察方法であって、前記２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで照明することが、前記欠陥を含む前記試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させた照明光を前記試料の表面に照射することと前記一方向とは異なる方向に微動させた前記照明光を前記試料の表面に照射することを交互に繰り返すことにより行うことを特徴とする欠陥観察方法。
  5. 他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて前記欠陥を光学的に検出する光学顕微鏡部と、
    前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を前記光学顕微鏡部で検出した欠陥の位置情報を用いて修正して記憶する記憶部と、
    該記憶部に修正して記憶した位置情報を用いて前記欠陥を観察する走査型電子顕微鏡と
    を備えた欠陥観察装置であって、
    前記光学顕微鏡部は、
    前記欠陥を含む前記試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させて照明する照明部と、
    前記複数の照明光を前記一方向とは異なる方向に順次微動させる空間変調部と、
    前記照明部と前記空間変調部とにより２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンが照明された前記欠陥を含む前記試料の表面を撮像する撮像部と、
    該撮像部で撮像して得た前記試料の表面の画像を処理して前記他の検査装置で検出した欠陥を検出する欠陥検出部と
    を備えたことを特徴とする欠陥観察装置。
  6. 請求項５記載の欠陥観察装置であって、前記照明部は、前記試料上に周期的な強度分布変化を持つ照明強度パターンを形成することにより前記複数の照明光を一方向に位相変調し、前記空間変調部は、前記位相変調させる方向とは異なる方向に前記試料を順次微動させることにより前記複数の照明光を空間変調させることを含むことを特徴とする欠陥観察装置。
  7. 請求項６記載の欠陥観察装置であって、前記照明部は、前記複数の照明光の光路長を相対的に変化させる光路長変化部を有することを特徴とする欠陥観察装置。
  8. 請求項５記載の欠陥観察装置であって、前記照明部で前記欠陥を含む前記試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させた照明光を前記試料の表面に照射することと、前記空間変調部で前記一方向とは異なる方向に微動させた前記照明光を前記試料の表面に照射することを交互に繰り返すことにより前記２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで前記試料を照明する行うことを特徴とする欠陥観察装置。
  9. 試料上の欠陥を光学的に検出する装置であって、
    複数の照明光を一方向に位相変調させて試料の表面に照明する照明部と、
    前記複数の照明光を前記一方向とは異なる方向に順次微動させる空間変調部と、
    前記照明部と前記空間変調部とにより２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンが照明された前記欠陥を含む前記試料の表面を撮像する撮像部と、
    該撮像部で撮像して得た前記試料の表面の画像を処理して前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検出部と
    を備えたことを特徴とする欠陥検出装置。
  10. 請求項９記載の欠陥検出装置であって、前記照明部は、前記試料上に周期的な強度分布変化を持つ照明強度パターンを形成することにより前記複数の照明光を一方向に位相変調し、前記空間変調部は、前記位相変調させる方向とは異なる方向に前記試料を順次微動させることにより前記複数の照明光を空間変調させることを含むことを特徴とする欠陥検査装置。
  11. 請求項９記載の欠陥検出装置であって、前記照明部は、前記複数の照明光の光路長を相対的に変化させる光路長変化部を有することを特徴とする欠陥検出装置。
  12. 請求項９記載の欠陥検出装置であって、前記照明部で前記欠陥を含む前記試料の表面に複数の照明光を一方向に位相変調させた照明光を前記試料の表面に照射することと、前記空間変調部で前記一方向とは異なる方向に微動させた前記照明光を前記試料の表面に照射することを交互に繰り返すことにより前記２次元方向に周期的に強度変化を持つ照明強度パターンで前記試料を照明する行うことを特徴とする欠陥検出装置。
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